TEA1520集成开关稳压电源设计 第3页
第三章 TEA1520系列单片开关电源的原理和应用
TEA1520系列采用了先进的节能技术和制作工艺，被誉为“绿色芯片”（Green Chip）,并统称为“STARplug”产品。其中，TEA1520系列是按照交流80~276V的国际通用电源标准而设计的，对于我国和欧洲均适用。
TEA1520系列适用于电池充电器、电源适配器，或机顶盒、DVD、CD、摄录象机（CVCR）、电视/监视器的备用电源，并可作为PC外部设备、便携式电子装置及家用电器中微控制器（MCU）的电源。此外，它还被应用到通信、网络等领域。
一．TEA1520系列的性能特点
1）采用Philips公司专有的高压EZ-HV和低压Bi-CMOS集成工艺，适合设计50W以下的小功率、小型化、低成本开关电源。这类开关电源可以做的很小，因其体积与插头式电源适配器相仿，故被称做“STARplug”在英文中即“星形插头”之意。
2）它属于工作在不连续下的电压控制型反激式开关电源，能满足交流80~276V的世界通用电源标准。其开关频率范围是10~200KHz,典型值可取100KHz，开关频率可从外部精确的调整，主要由振荡元件的时间常数来确定。内部振荡器既可工作在自供偏压模式（简称SOPS模式），亦可工作在固定的开关频率上，既脉宽调制（PWM）模式，后者需通过R、C振荡元件来校准开关频率。
3）片内集成了一只耐压为650V的功率开关管（MOSFET）。当环境温度为25℃时，TEA1520、1521、1522、1523和1524的漏-源极导通电阻分别为48Ω、24Ω、12Ω、6.5Ω、3.4Ω，它们的漏极极限电流依次为0.25A、0.5A、1A、2A、3A。
4）具有完善的保护功能，包括独特的退磁保护，以及输出过电流保护，短路保护，输入过电压保护和过热保护。
5）一次及二次绕组的反馈电路简单，可减少外围元件的数量。
6）具有防静电放电（ESD）能力，可防止因受到人体静电放电而损坏芯片。对于标准人体放电模型（它等效于100pF电容通过1.5KΩ串联电阻进行放电），除漏极最高可承受1000V的放电电压之外，其余引脚能承受2500V的放电电压。对于标准设备放电模型，可等效于200pF电容通过0.75цH电感和10Ω电阻进行放电，个引脚能承受200V的放电电压。
7）TEA1520系列的极限参数如下：电源极限电压Ucc=+40V，功率开关管的漏-源击穿电压Uds=650V，振荡器输入端的极限电压Urc=+3V，源极对地极限电压Us=+5V，使用时必须留有足够的余量。
二、TEA1520系列的工作原理
1、引脚功能
TEA1520系列有3种封装形式：DIP-8（对应于TEA1520P）、SO-14（TEA1520T）和DBS-9P（TEA1522AJM）。产品分类及最大输出功率详见表 1。该系列产品具有以下特点 ：
引脚排列如图 一 所示（NC代表空脚）。各引脚的功能如下：
图 一 TEA1520系列的引脚排列图
a) DIP-8封装 b) SO-14封装 c) DBS-9P封装
Ucc—工作电源端，反馈绕组的输出电压经过整流滤波器后，给芯片提供工作电压；
GND—公共地（即开关电源的功率地）；
RC—外接振荡电阻和振荡电容，用于设定开关频率；
REG—反馈电压（UREG）输入端，Ucc 通过电阻分压后提供反馈电压，该端相当于TOPSwitch-Ⅱ控制端（C）；
SGND—信号地（仅TEA1522AJN有此端），使用时该端应与GND连通；
AUX—辅助绕组的电压输入端，该端所接的辅助电阻（亦称退磁电阻）RAUX，可对高频变压器起到退磁作用；
D—内部功率开关管（MOSFET）的漏极引出端；
S—内部功率开关管（MOSFET）的源极引出端。
2、 内部框图
TEA1520系列弹片开关电源的内部框图如图 二 所示。主要包括以下10部分：
① 内部电源；② 振荡器；③ 2.5V基准电压源（Uref）、增益为20dB的误差放大器；④ 脉宽调制器（即PWM比较器）； ⑤ 主控门DA、驱动级和功率开关管（MOSFET）；⑥ 谷值开关电路（仅DIP-8封装和SO-14封装的产品有此电路）；⑦ 控制逻辑；⑧ 保护逻辑及保护电路，含过电流保护电路（由外部过电流检测电阻Rs与比较器Ⅱ所组成）、短路保护电路（Rs、比较器Ⅲ）、上电复位电路及过热保护电路；⑨ 退磁电路（VD1、VD2和比较器Ⅰ）；⑩ 前沿闭锁电路，可避免尖峰电流引起误触发。
图 二 TEA1520系列开关电源的内部框图
TEA1520系列的基本工作原理是利用反馈电压去调节占空比来达到稳压目的。举例说明，当输出电压Uo下降时，反馈电压Ureg也随之降低，Ureg与内部2.5V基准电压（Uref） 进行比较和放大后，产生误差电压Ur,再通过PWM比较器去调节输出脉冲信号的占空比，使占空比增大，迫使Uo升高，最终使Uo不变。当开关频率 f=100KHz时，占空比的调节范围是0%～75%。
当输出功率很小、误差电压Ur小于1.8V时，振荡器就进入低频工作模式，通过延长振荡周期来提高电源效率。
3、TEA1520系列的主要功能电路的工作原理
3.1 控 制 电 路
控制电路的基本结构如图 三 所示。R、C分别为振荡电阻与振荡电容。令RC引脚的电压为Urc，其最大值为2.5V，最小值为75mV（均为典型值）。当Urc=2.5V时，就对C进行快速充电；然后C 又对R进行放电，直到Urc=75mV为止。放电过程需要3.5т的时间，т是时间常数。振荡频率的计算公式为
F≈1/3.5т=1/（3.5RC）
应取振荡电容C≧220pF，但容量取得过大会影响高频性能。在R、C充、放电过程中可产生近似于锯齿波的电压Uj，Uj送至PWM比较器的反相输入端，而误差电压Ur则加到同相输入端。当Ur改变时，D随之改变，再通过主控门和驱动级来改变MOSFET的通断时间，进而调节Uo值使之趋于稳定。